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【摘要】：在我国建筑业高速发展的今天，优化设计可以节省工程造价，加快施工进度，结构优化设计可以分成3种方法：目标优化、拓扑优化以及形状优化。本文将工程结构优化设计进行深入研究，对工程结构优化进行粗浅研析，以提高工程优化设计的水平。
【关键词】：工程结构；优化算法；研究进展
【引言】：结构优化设计是现如今工程施工现场的重要工作，既能够提高工程经济效益，降低造价成本，又能够实现功能性的提升。但是在众多因素的影响下，如何运用不同的方法，将工程结构设计实现最优化，实现多个目标的优化，是一个十分值得深入研究的课题。
1、工程结构优化设计的现状
随着科学技术进步和社会发展，无论是在发展中国家还是在发达国家，各个行业对于工程结构优化设计的需求有逐渐增长的趋势，同时加之产品之间竞争激烈，优化设计技术不断更新，对结构优化设计提出了更高的标准和要求，同时也带动了发展。现如今，在这一领域的研析越来越深，学术交流也越來越频繁，尤其是在工程领域，结构的优化设计降低了工程造价成本，加快了施工进度，对工程行业带来了巨大的经济效益。除了工程行业，在航空、机械、教学、水利、建筑等方面也逐渐得到广发的应用。
除此之外，工程结构优化设计还存在以下一些问题：一是工程结构设计标准规范不完善，目前，我国在工程结构上仅制定了《工程结构抗震可靠度统一标准》，与实际的规范需求并不相匹配，需要进行研究和设计，起码在超高层建筑上，给出相关建议和规定，除此之外，还需要对抗震设计上有待改进。二是工程结构技术水平有限，部分设计人员在抗震等级、CAD软件技术、建筑工程定额等方面存在一定的缺陷，需要加强相关知识的学习。三是管理不善，手机市场相对混乱。部分部门对工程项目设计审查不严格，要求及规范相对较低，需要加强设计的管理工作，提高审查的标准，维护设计市场的秩序。
2、现代的工程结构优化设计内容
2.1多目标优化
多目标指的是并非受到单一目标因素的影响，而是要考虑多个目标，同时在多个目标之中，又有着相互矛盾的联系。实际拿个简单的例子来说：在实际的施工之中，采取的截面结构面积越大，施工的安全性就越高，但截面结构面积增大的同时，又增加了施工中的成本，两者的目标相互矛盾，但不影响结构优化的均衡值的获取，也就是说，在进行目标优化时，实现某一个的目标优化，是几乎不可能的，只能最大限度的接近目标。
在进行目标优化时，常用的计算方法有以下几种：约束法、功效系数法、评定函数法。首先是约束法，在进行多个目标优化时，找出其中一个因素，设定一个主目标，其余的目标既定为希望值，这样，目标优化就变成了单一目标的优化计算，简化了工程的计量。其次是功效系数法，将每一个目标定出最坏的价值，以最坏的价值为基础，建立功效系数，然后，用几何平均法，建立完整的评估体系，这样就可以实现多个目标的优化。最后是评定函数法，将每一个目标综合成为一个总的函数，也就是将多目标优化设计转化为含有多个参数的单目标优化设计问题。
2.2拓扑优化
拓扑优化大多数用于工程施工中的受力及移位，在结构的受力过程中，找寻最佳的空间分布形式及最好的传力方式，便是拓扑优化的过程。主要有以下几个优点：在初始施工阶段，可以找寻最佳的目标方案，提升经济效益；设计便捷简单，受到大多数设计者的追捧。
常用的计算方法有连续型变量和离散型变量。首先，连续型变量指的是将设计的区间分割成多个离散的网络，然后按照一定的标准，来将某些网格进行删除，在变量0与1之间找寻最佳的空间组合方式。离散型变量指的是确定一个集合，以工程结构的节点和支点的集合，将各个节点和支点用内力作为连接，作为变量，通过应力建立函数的约束，建立结构优化方案。离散型变量的计算方法是效率最高的，同时也是被目前广泛应用的方法。
2.3形状优化
形状优化主要是根据工程结构轮廓的调整，来实现降低造价成本，提高施工性能的优化方式，主要的方法也同样分为连续型形状优化和离散型形状优化。首先连续型形状优化，主要是用面或者曲线来描绘，运用GRG或者SQP的计算方法得到相对成熟的约束线性法，再通过解析法，来实现优化函数的变形，得到最优化的形状函数。其次是离散型形状优化，也同样以结构的节点和支点为变化基础，将尺寸和形状拆分成两个层次，对这两个参数进行交替变化，此种方法可以适用于较大规模的求解，但尺寸和形状的耦合能力相对较差。
3、工程结构优化设计的展望
首先，在几种结构优化的形式中，尺寸优化在各个工程现场已经相对完善，形状优化渐渐的走向成熟，需要不断的进行完善，拓扑优化仍然处于摸索上升时期，受到广大各国学者的研究。其次，将结构优化设计应用到数学的模型之中，是十分重要的思路，但在实际的工程中，需要考虑更多的细节，而且优化实际的因素较多，因此，在利用数学模型进行分析时，要抓住主要矛盾建立合理的数学模型。在进行计算是，需要针对具体的优化问题建立有效地求解计算方法。
除此之外，相信未来对于目标函数及约束函数的高精度近似方程式是一个重点研究方向，近似函数运用这一序列近似的问题进行参考，对现行的问题进行计算，可以很好的降低结构重分析的次数，是未来研究的一个方向。
同时，在应用的种类上，目前结构优化主要应用于梁、板、壳等方向，相信在工程的结构优化逐渐成熟的铜丝，未来将应用到复合材料以及大型组合结构物等方向，而且，这也是我们做结构优化的最终目的。
结论
总的来说，工程的结构优化设计是不断的在进步的，由尺寸优化发展到形状优化，再发展到拓扑优化，也实现了从单一目标到多个目标优化设计的转换，突破了原有的计算方式，不断在进行着发展和进步。结构优化设计的最终目的是提高建筑的安全性、经济性以及功能性，相信工程结构设计优化会不断的得到发展，促进建筑行业的经济效益，同时在计算方法上，目标函数及约束函数的精准度也是未来发展的一个重要方向。
【参考文献】：
[1]赵同彬，谭云亮.挡土墙库仑土压力的遗传算法求解分析[J].岩土力学，2012（04）.
[2]曹洪涛，董军，居雅楠.基于MATLAB的钢—混凝土组合梁截面多目标优化设计[J].四川建筑科学研究，2012（01）.
[3]陈文英，阎绍泽.免疫遗传算法在智能桁架结构振动主动控制系统优化设计中的应用[J].机械工程学报，2012（02）.
【关键词】：工程结构；优化算法；研究进展
【引言】：结构优化设计是现如今工程施工现场的重要工作，既能够提高工程经济效益，降低造价成本，又能够实现功能性的提升。但是在众多因素的影响下，如何运用不同的方法，将工程结构设计实现最优化，实现多个目标的优化，是一个十分值得深入研究的课题。
1、工程结构优化设计的现状
随着科学技术进步和社会发展，无论是在发展中国家还是在发达国家，各个行业对于工程结构优化设计的需求有逐渐增长的趋势，同时加之产品之间竞争激烈，优化设计技术不断更新，对结构优化设计提出了更高的标准和要求，同时也带动了发展。现如今，在这一领域的研析越来越深，学术交流也越來越频繁，尤其是在工程领域，结构的优化设计降低了工程造价成本，加快了施工进度，对工程行业带来了巨大的经济效益。除了工程行业，在航空、机械、教学、水利、建筑等方面也逐渐得到广发的应用。
除此之外，工程结构优化设计还存在以下一些问题：一是工程结构设计标准规范不完善，目前，我国在工程结构上仅制定了《工程结构抗震可靠度统一标准》，与实际的规范需求并不相匹配，需要进行研究和设计，起码在超高层建筑上，给出相关建议和规定，除此之外，还需要对抗震设计上有待改进。二是工程结构技术水平有限，部分设计人员在抗震等级、CAD软件技术、建筑工程定额等方面存在一定的缺陷，需要加强相关知识的学习。三是管理不善，手机市场相对混乱。部分部门对工程项目设计审查不严格，要求及规范相对较低，需要加强设计的管理工作，提高审查的标准，维护设计市场的秩序。
2、现代的工程结构优化设计内容
2.1多目标优化
多目标指的是并非受到单一目标因素的影响，而是要考虑多个目标，同时在多个目标之中，又有着相互矛盾的联系。实际拿个简单的例子来说：在实际的施工之中，采取的截面结构面积越大，施工的安全性就越高，但截面结构面积增大的同时，又增加了施工中的成本，两者的目标相互矛盾，但不影响结构优化的均衡值的获取，也就是说，在进行目标优化时，实现某一个的目标优化，是几乎不可能的，只能最大限度的接近目标。
在进行目标优化时，常用的计算方法有以下几种：约束法、功效系数法、评定函数法。首先是约束法，在进行多个目标优化时，找出其中一个因素，设定一个主目标，其余的目标既定为希望值，这样，目标优化就变成了单一目标的优化计算，简化了工程的计量。其次是功效系数法，将每一个目标定出最坏的价值，以最坏的价值为基础，建立功效系数，然后，用几何平均法，建立完整的评估体系，这样就可以实现多个目标的优化。最后是评定函数法，将每一个目标综合成为一个总的函数，也就是将多目标优化设计转化为含有多个参数的单目标优化设计问题。
2.2拓扑优化
拓扑优化大多数用于工程施工中的受力及移位，在结构的受力过程中，找寻最佳的空间分布形式及最好的传力方式，便是拓扑优化的过程。主要有以下几个优点：在初始施工阶段，可以找寻最佳的目标方案，提升经济效益；设计便捷简单，受到大多数设计者的追捧。
常用的计算方法有连续型变量和离散型变量。首先，连续型变量指的是将设计的区间分割成多个离散的网络，然后按照一定的标准，来将某些网格进行删除，在变量0与1之间找寻最佳的空间组合方式。离散型变量指的是确定一个集合，以工程结构的节点和支点的集合，将各个节点和支点用内力作为连接，作为变量，通过应力建立函数的约束，建立结构优化方案。离散型变量的计算方法是效率最高的，同时也是被目前广泛应用的方法。
2.3形状优化
形状优化主要是根据工程结构轮廓的调整，来实现降低造价成本，提高施工性能的优化方式，主要的方法也同样分为连续型形状优化和离散型形状优化。首先连续型形状优化，主要是用面或者曲线来描绘，运用GRG或者SQP的计算方法得到相对成熟的约束线性法，再通过解析法，来实现优化函数的变形，得到最优化的形状函数。其次是离散型形状优化，也同样以结构的节点和支点为变化基础，将尺寸和形状拆分成两个层次，对这两个参数进行交替变化，此种方法可以适用于较大规模的求解，但尺寸和形状的耦合能力相对较差。
3、工程结构优化设计的展望
首先，在几种结构优化的形式中，尺寸优化在各个工程现场已经相对完善，形状优化渐渐的走向成熟，需要不断的进行完善，拓扑优化仍然处于摸索上升时期，受到广大各国学者的研究。其次，将结构优化设计应用到数学的模型之中，是十分重要的思路，但在实际的工程中，需要考虑更多的细节，而且优化实际的因素较多，因此，在利用数学模型进行分析时，要抓住主要矛盾建立合理的数学模型。在进行计算是，需要针对具体的优化问题建立有效地求解计算方法。
除此之外，相信未来对于目标函数及约束函数的高精度近似方程式是一个重点研究方向，近似函数运用这一序列近似的问题进行参考，对现行的问题进行计算，可以很好的降低结构重分析的次数，是未来研究的一个方向。
同时，在应用的种类上，目前结构优化主要应用于梁、板、壳等方向，相信在工程的结构优化逐渐成熟的铜丝，未来将应用到复合材料以及大型组合结构物等方向，而且，这也是我们做结构优化的最终目的。
结论
总的来说，工程的结构优化设计是不断的在进步的，由尺寸优化发展到形状优化，再发展到拓扑优化，也实现了从单一目标到多个目标优化设计的转换，突破了原有的计算方式，不断在进行着发展和进步。结构优化设计的最终目的是提高建筑的安全性、经济性以及功能性，相信工程结构设计优化会不断的得到发展，促进建筑行业的经济效益，同时在计算方法上，目标函数及约束函数的精准度也是未来发展的一个重要方向。
【参考文献】：
[1]赵同彬，谭云亮.挡土墙库仑土压力的遗传算法求解分析[J].岩土力学，2012（04）.
[2]曹洪涛，董军，居雅楠.基于MATLAB的钢—混凝土组合梁截面多目标优化设计[J].四川建筑科学研究，2012（01）.
[3]陈文英，阎绍泽.免疫遗传算法在智能桁架结构振动主动控制系统优化设计中的应用[J].机械工程学报，2012（02）.